Imunologie Doc. Mgr. Lukáš Kubala, Ph.D. Doc. RNDr. Milan Číž, Ph.D. Ústav experimentální biologie - Přírodovědecká fakulta MU Biofyzikálni ústav, Akademie věd České republiky Královopolská 135, 612 65 Brno kubalal@ibp.cz; milan.ciz@sci.muni.cz Přednášky - sylabus BÍ5220 Imunologie - podzim 2021 Datum Přednáška Přednášející 13.09. Úvod do imunitního systému, historie, základní pojmy Kubala 20.09. Buňky a tkáně imunitního systému Číž 27.09. Fagocyty, zánět, komplement Číž 04.10. Antigény, hlavní histokompatibilitní komplex a Číž prezentace antigénu 11.10. Vznik a vývoj T a B-lymfocytů Kubala 18.10. Protilátky Číž 25.10. Buněčná komunikace Kubala 01.11. Cytokiny Kubala 08.11. Infekční onemocnění Kubala 15.11. Alergie a hypersensitivita Číž 22.11. Autoimunita, imunodeficity Kubala 29.11. Transplantační a protinádorová imunita Kubala 06.12. Imunomodulace, vakcinace Číž Studijní materiály Základním studijním materiálem jsou přednášky! Janeway's Immunobiology; 9th edition Autor: Kenneth Murphy & Casey Weaver Rok vydání: 2017 Vydavatelství: Garland Science Počet stran: 928 Doplňující studijní materiály Skripta Imunologie Autor doc. Číž (budou k dispozici ve studijních materiálech) Základy imunologie; 6., aktualizované vydání Autoři: Hořejší, Bartůňková, Brdička, Šípek Rok vydání: 2017 Vydavatelství: Triton ISBN: 978-80-7553-250-3 Počet stran: 304 Doplňující studijní materiály Ilustrovaný imunologický slovník Autor: Miroslav Ferenčík, Jozef Rovenský, Vladimír Maťha Rok vydání: 2004 Vydavatelství: Galén ISBN: 80-7262-243-9 Počet stran: 288 Veterinární imunologie; 2., doplněné a aktualizované vydání Autor: Miroslav Toman a kolektiv Rok vydání: 2009 Vydavatelství: Grada ISBN: 978-80-247-2464-5 Počet stran: 392 r Rvnwkf SLi.li.mr H.tlm ILUSTROVANÝ IMUNOLOGICKÝ j SLOVNÍK Veterinární imunologie 2.. doplněné a aktualizované vydáni Klinická imunologie Autor: Jan Krejsek, Otakar Kopecký Rok vydání: 2004 Vydavatelství: Nucleus HK ISBN: 80-86225-50-X Počet stran: 941 Zajímavosti z historie Infekční onemocnění jako klíčový faktor ovlivňující historii lidstva Mor Původcem je gram-negativní tyčinkovitá bakterie Yersinia pestis. Tři formy onemocnění: • bubonická forma (dýmějový mor) - Přenášena blechami, které se infikovaly na nakaženém hlodavci (hlavně kryse). Po kousnutí infikovanou blechou dochází ke zhnednutí kousance, poté se objeví boule v oblasti mízních uzlin. • plicní forma (černá smrt) - Přenáší se kapénkovou infekcí z člověka na člověka a je mnohem nebezpečnější. • septická forma (černá smrt) - masivní nekróza tkáně. Působí velice rychle a neléčena má úmrtnost až přes 90%. Poslední epidemie moru postihla Čechy a Moravu počátkem 18. století. První zmínka cca 430 př. n. I.: Řekové při Peloponéských válkách popsali mor a poznali, že ti, kteří se z nemoci zotavili, mohou nemocné ošetřovat bez rizika. https://microbewiki.kenyon.e du/index.php/Yersinia_pestis Zvětšení 2000x Zajímavosti z historie Neštovice • Pravé (černé) neštovice (Variola - virus z čeledi Poxviridae). Jde o jedno z nejnebezpečnějších infekčních prudce nakažlivých onemocnění. Virus je patogenní pouze pro člověka a mimo hostitele nepřežije déle než několik dní => nemá tedy žádný přirozený rezervoár kromě lidské populace. Díky systematickému celosvětovému očkování byly v roce 1979 pravé neštovice WHO prohlášeny za zcela vymýcené. 15. století: Číňané a Turci se imunizovali vdechováním zaschlých krust neštovic. 1798: Edward Jenner provedl první účinné a bezpečné očkování vakcinálním virem. Zjistil, že dojičky krav nedostávaly pravé neštovice. Krávy totiž přenášely svůj vlastní typ neštovic a dojičky se jím imunizovaly. Tak vznikl i pojem „vakcína'' - z latinského slova vacca = kráva. http://www.beneventoforum.it/ categoria/ambientesalute/ Jiná nesouvisející forma neštovic • Plané neštovice (Varicella) - Původcem je lidský herpesvirus HHV-3, neboli Varicella zoster. Jde o vysoce nakažlivou dětskou nemoc šířící se zejména vzduchem. Prodělaná v dětství zajistí doživotní imunitu. U dospělého jedince má ale těžší průběh. Zajímavosti z historie Španělská chřipka Virus typu A/H1N1 Mutace zřejmě v Asii přenosem z ptáků na člověka na počátku 20. století Na rozdíl od běžné chřipky se virus H1N1 dokázal množit i v plicích - úmrtnost 20 % Umírali zejména mladí lidé ve věku 20 až 40 let, za půl roku až sto milionů lidí Pandemie začala 4. března 1918 v kansaském vojenském táboře Funston v USA. Následně američtí vojáci během I. světové války zavlekli nákazu na evropský kontinent. Zajímavosti z historie Nobelovy ceny Od roku 1901 bylo uděleno celkem 22 Nobelových cen za výzkum v oblasti imunologie. Např.: 1908 I. Mečnikov- Fagocytóza a přirozená imunita 1930 K. Landsteiner - Objev krevních skupin 1960 F. M. Burnet, P. B. Medawar - Objev získané imunologické tolerance 1972 G. M. Edelman, R. R. Porter - Objevy týkající se chemické struktury protilátek 1980 B. Benacerraf, J. Dausset, G. D. Snell - Objevy geneticky určených buněčných povrchových struktur, které řídí imunologickou reakci (dnes MHC) 1984 N. K. Jerne, G. J. F. Köhler, C. Milstein - Teorie o specifické stavbě a řízení imunitního systému a objev principu tvorby monoklonálních protilátek 1987 S. Tonegawa - Objev genetických základů pro vznik variability protilátek 1996 P. C. Doherty, R. M. Zinkernagel - Objev specifické buňkami zprostředkované obrany imunitního systému 2011 B. A. Beutler, J. A. Hoffmann - Objevy týkající se aktivace vrozené imunity 2011 R. M. Steinman - Objev dendritické buňky a její role v rámci získané imunity 2015 W.C. Campbell, S. Ómura - Objevy týkající se nové léčby infekcí, které způsobují parazitické hlístice 2015 Tchu Jou-jou - Objevy na poli nové léčby malárie 2018 J.P. Allison, T. Honjo - Objevy protinádorové terapie potlačením negativní imunitní regulace Zajímavosti z historie Významní Českoslovenští imunologové Milan Hašek (1925 -1984), Jaroslav Šterzl (1925 - 2012) Karel Nouza (1930 - 2020) Miroslav Ferenčík (1932 - 2014) Jindřich Lokaj (*1939) Základní pojmy a definice Imunologie Vědní obor studující složení, funkce a reakce imunitního systému. Mnoho oblastí, např. molekulární imunologie, buněčná imunologie, imunopatologie, antiinfekční imunologie, alergologie, transplantační imunologie, imunologie nádorů. Dělí se na dvě velké části: teoretická imunologie (tj. základní nebo experimentální) praktická imunologie (tj. aplikovaná) Základní pojmy a definice Imunitní systém (IS) Difúzni, nepřesně ohraničený „orgán" skládající se z molekul, buněk a tkání. Zabezpečuje reakci organismu na mikroorganismy, parazity, cizorodé makromolekuly (např. bakteriální toxiny) a další faktory životního prostředí (např. UV záření), ale také na nežádoucí změny ve vlastním vnitřním prostředí (např. poškozené a změněné buňky). ^ správné fungování IS je zásadní pro přežiti člověka (živočichu) IS jako „šestý smysl"? i příjem „mikroskopických" příjem „makroskopických informací z okolí informací z okolí https://cz.pinterest.com/pin/ 381961612127147877/ Imunitní odpověď a) prospěšná (obrana organismu) b) inertní (imunologická tolerance) c) škodlivá (autoimunity, reakce s přecitlivělosti) Základní charakteristika imunitního systému 1. Rozeznání vlastní / cizorodé (z vnějšího prostředí i poškozené vlastní) 2. Specificita 3. Diverzita 4. Amplifikace selektivní imunitní odpovědi 5. Přesná kontrola imunitní odpovědi 6. Spolupráce (orchestrace) jednotlivých složek imunitního systému 7. Tolerance > Imunitní systém musí být tolerantní vůči vlastním buňkám a molekulám. Z antigenně specifických lymfocytů je nutno odstranit (umlčet) všechny klony, které by rozeznávaly vlastní struktury. 8. Nadbytečnost, nahraditelnost (redundance) > Většina prvků imunitního systému je aspoň částečně nahraditelná jinými prvky. Redundance snižuje zranitelnost systému náhodnými malými poruchami. 9. Imunologická paměť Základní pojmy a definice Antigény (Antigén, Ag) = látky, které stimulují specifickou imunitní odpověď. Z chemického hlediska může jít o jakékoliv molekuly: typické jsou např. antigény proteinové povahy, (lipo)polysacharidy nebo polynukleotidy. Rozlišujeme: kompletní antigén = imunogen - skládá se z makromolekulárního nosiče a z antigenních determinant (epitopů); dokáže vyvolat imunitní odpověď a specificky reagovat s produkty této odpovědi (tj. protilátkami, buňkami) => vyznačuje se imunogenností a specifitou nekompletní antigén = hapten = izolovaná antigenní determinanta; dokáže specificky reagovat s produkty imunitní odpovědi, ale neindukuje jejich tvorbu, protože není dostatečně velká => vyznačuje se pouze specifitou antigenní determinanta = epitop - nejmenší část antigénu zodpovědná za specifitu Antigén Antigenní determinanta (epitop) Základní pojmy a definice Protilátky (Antibody, Ab) = proteiny ze skupiny globulínu => imunoglobuliny. Jsou produkovány imunitními buňkami po stimulaci antigenem. Konkrétně se tvoří v plazmatických buňkách vznikajících finální specializací B lymfocytů. Dvě hlavní funkce: rozpoznávací (rozpoznání a vazba s kompletními Ag determinantami) efektorová (vazba na Fc receptory, aktivace komplementu aj.) Dělí se podle: struktury > různé třídy imunoglobulinů (IgA, IgG, IgE aj.) dynamiky tvorby > primární a sekundární odpověď vlastností > cytotoxické, cytofilní, antiidiotypové aj. Základní složky imunitního systému A. Nespecifická imunita (vrozená, inátní) Rychlá, funguje od narození, není závislá na předchozím styku s antigenem. Několik mechanismů: > Anatomické bariéry (např. kůže, mukózní povrchy) > Fyziologické bariéry (např. teplota, pH) > Fagocytární bariéry - z buněk se uplatňují hlavně fagocytární granulocyty a makrofágy => fagocytóza patogenu (invadéra) > Zánětlivé bariéry B. Specifická imunita (získaná, adaptivní) Objevuje se až po prvním styku s antigenem => odpověď nastupuje později. Závisí na: > Specifitě antigénu > Diverzitě receptoru > Rozpoznání vlastní/cizí > Imunologické paměti Z buněk se uplatňují hlavně lymfocyty. Základní složky imunitního systému I. Humorální imunita Zprostředkovávána rozpustnými molekulami - nespecifická imunita: složky komplementu, antibakteriální proteiny - specifická imunita: protilátky - klíčové pro obranu organismu => někdy nepřesně/zjednodušeně je jako humorální odpověď označována protilátková imunitní odpověď II. Buněčná imunita Zprostředkovávána buňkami - nespecifická imunita: fagocyty - specifická imunita: různé typy lymfocytů Aktivace nespecifických mechanismu imunity Neutrophil Princip Založeno především na rozpoznání (konzervovaných) struktur přítomných na povrchu mnoha mikroorganismů, ale nepřítomných na povrchu vlastních buněk. Označují se jako PAMPs = „Pathogen-Associated Molecular Patterns" (např. lipopolysacharidy). Nástup Nespecifické mechanismy se zapojují jako první, řádově v minutách-hodinách, a jsou nezbytné pro celkový výsledek imunitní reakce. Buněčné a humorální složky nespecifické imunity • fagocytující buňky-především neutrofilnígranulocyte monocyty/makrofágy a dendritické buňky; úloha: pohlcení patogenu během fagocytózy, jeho intracelulární destrukce a následná prezentace jeho antigenů buňkám specifické imunity • NK buňky - zodpovídají za nespecifickou buněčnou imunitu • Antibakteriální peptidy, složky komplementu, degradační enzymy, aj. Fig 1.4 part 1 of 2 © 2001 Garland Science ■ Dendritic cell Aktivace specifických mechanismů imunity Princip Založeno na klonálním anticipačním principu, tj. alespoň několik z mnoha lymfocytů s různými receptory je schopno rozeznat antigén a reagovat množením = vytvořením klonu. Důležitý je princip druhého signálu od jiných buněk imunitního systému. Pokud signál není, dochází k funkčnímu útlumu jako ochrana proti nedostatečně specifické aktivaci lymfocytů. Nástup Zapojuje se později než nespecifické mechanismy, řádově v dnech = čas potřebný pro proliferaci a diferenciaci specifických klonů buněk a k indukci tvorby protilátek nebo vytvoření specifických klonů T-lymfocytů. Buněčné a humorální složky • T lymfocyty - zodpovídají za specifickou buněčnou imunitu; dělí se na více podskupin např. cytotoxické (Tc) či pomocné (Th) B lymfocyty - zodpovídají za specifickou protilátkovou imunitu • Protilátky - humorální složka Buňky imunitního systému vznikají během hematopoézy Blood stem cell Myeloid stem ceN \ Lymphoid stem cell W Myeloblast 0 Lymphoblast \ B lymphocyte^yŕ Granulocytes Basophil Eosinophil rf^** Red blood cells Platelets Neutrophil Jfí^4 Natural T lymphocyte killer cell Plasma cell White blood cells © 200B Teresa Winslow US. Govt haa certain rights Jak se dají rozlišit buňky imunitního systému Morfologicky > velikost - např. lymfocyty menší než monocyty > segmentace jádra - např. monocyty: velké nesegmentované jádro, neutrofily: v, , . , ■ Monocyte Neutrophil zaskrcovane jadro > granularita cytoplazmy - rozlišujeme granulocyty a agranulocyty; granula jednotlivých typů granulocytů navíc barvitelná různými barvivy http://www.mcl.tulane.edu/ http://pathy.med.nagoya-u.ac.jp/ CD systém („Cluster of Differentiation") = systém označení povrchových molekul leukocytu. Soubor povrchových molekul (znaků, antigénu) buněk mající stejný epitop, který lze identifikovat stejnou protilátkou. Využívají se pro rozpoznávání buněčných populací při imuno- CD4 k CD2 fenotypizaci = stanovení zastoupení jednotlivých subpopulací krevních elementů (primárně leukocytu). Vybrané povrchové molekuly charakteristické pro různé typy leukocytu ("markery" jednotlivých typů) Bunečný typ Charakteristické povrchové molekuly Leukocyty (všechny) CD53, CD45, CD43 Hematopoetické prekurzory CD34, CD117, CD137 T lymfocyty CD2, CD3, CD5, CD6, CD7, CD27, CD28, CD96, TCR T pomocné lymfocyty CD4 T cytotoxické lymfocyty CD8 B lymfocyty CD19, CD20, CD22, CD37, CD39, CD40, CD79, BCR Pre-B lymfocyty CD9, CD10, CD138 Plasmatické bunky CD28, CD138 NK bunky CD2, CDllb, CD16b, CD56, CD57, CD94, CD158 Neutrofilní granulocyty CDllb, CD15, CD87 Monocyty CD14, CD33, CD64, CD87, CD89 Dendritické bunky CD83, CD86, CD205, CD206, CD207, CD208, CD209 Lymfatické orgány a tkáně Lymfatické orgány jsou důležité pro generovania zrání lymfocytů a k iniciaci imunitní odpovědi a její průběh. Lymfatické orgány obsahují lymfocyty a nelymfoidní buňky (jako makrofágy a dendritické buňky). Primární (centrální) lymfatické orgány Zde se tvoří a časně zrají lymfocyty. Patří sem: > Kostní dřeň - B lymfocyty > Brzlík (Thymus) -T lymfocyty Sekundární (periferní) lymfatické orgány Zde se zralé lymfocyty setkávají s antigenem. Patří sem: > Krční a nosní mandle > Lymfatické uzliny a cévy > Slepé střevo > Slezina > Peyerovy pláty v tenkém střevě adenoid tonsil right subclavian vein lymph node kidney appendix lymphatics left subclavian vein thymus heart thoracic duct spleen Peyer's patch in small intestine large intestine bone marrow Fig 1.7 © 2001 Garland Science Molekuly a receptory imunitního systému Peptide ß2m P-selectin (selectin) Glycoprotein \ ■xrxx mlí CO-CO. MCH class 1 molecule MCH( lass II til lecule R. J. Winchester, Clinical Immunology (Third Edition), 2008. Antibody Plasma__— CYTOSOL INTERCELLULAR SPACE membrane 2012 Pearson Education, Inc. E Fc Receptor ector CD3 1. Antigenně specifické receptory na povrchu T a B lymfocytů 2. MHC receptory I. a II. třídy 3. Adhezivní molekuly 4. Cytokiny a jejich receptory 5. Receptory složek mikrobiálních povrchů 6. Receptory komplementového systému 7. Imunoglobuliny 8. FC receptory T-cell receptor (TCR) B-cell receptor d.gridaaon phospharyiation\jM *- | ^^^^^hinase inhibition I https://cs.wikipedia. org/wiki/Fc_receptor Transcription target gene f Molecular Immunology 44(10):2497-506 • May 2007 Poruchy funkce imunitního systému Porušení funkcí imunitního systému vedou k patologickým stavům spojených s různými druhy onemocnění Poruchy vedoucí k nedostatečné funkci IS - imunodeficience Porucha rozpoznávaní vlastní / cizorodé - autoimunita Porucha kontroly průběhu imunitní reakce v kombinaci s poruchou rozpoznávaní vlastní / cizorodé - alergie a hypersensitivity Díky za pozornost a těšíme se na hojnou účast na dalších přednáškách!